第七章異步電機(二)-三相異步電動機的運行原理及單相異步電動機詳解課件

第七章異步電機(二)--三相異步電動機的運行原理及單相異步電動機1◆負載時定子繞組接三相電源U1A/B/C三相交流電流I1A,I1B,I1C旋轉(zhuǎn)磁動勢F1氣隙主磁場Bm感應(yīng)電動勢E1A/B/C和E2A/B/C轉(zhuǎn)子電流I2A/B/C產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動切割定、轉(zhuǎn)子繞組第一節(jié)三相異步電動機運行的電磁過程

一、異步電動機負載時的物理情況

2各物理量下標規(guī)定1---定子；2----轉(zhuǎn)子s---表示轉(zhuǎn)子電動勢的頻率與定子不同◆空載時電磁轉(zhuǎn)矩很小,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n≈ns,可認為旋轉(zhuǎn)磁場不切割轉(zhuǎn)子繞組,E2s≈0,I2≈0。此時,建立氣隙主磁場Bm的磁動勢Fm0為三相基波合成磁動勢F10,Fm0=F10,空載時電磁關(guān)系可表示為:3當(dāng)電機帶有機械負載后：n<ns,I2增大。轉(zhuǎn)子電流I2A/B/C產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動產(chǎn)生磁動勢F2F2性質(zhì),與F1關(guān)系,對主磁場影響轉(zhuǎn)子繞組中電流是什么電流？4Bxxττττwt=0wt=π/6nsnv轉(zhuǎn)子繞組沿磁場旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)=s·f15axbycznsnAXBYZCBm(F1)繞線型三相異步電動機6(一)轉(zhuǎn)子磁動勢F2無論轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型,轉(zhuǎn)子磁動勢F2都是旋轉(zhuǎn)磁動勢。1.F2的旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢F2的方向與定子磁動勢F1方向相同?！艮D(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速+F2相對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)◆轉(zhuǎn)向感應(yīng)電動勢的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對切割速度,極對數(shù)為p的電動機轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)的多相電動勢和電流頻率為:7轉(zhuǎn)子磁動勢F2相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為：則轉(zhuǎn)子磁動勢F2的轉(zhuǎn)速為：n2=Δn+n=ns-n+n=ns※可見,轉(zhuǎn)子磁動勢F2和定子磁動勢F1的轉(zhuǎn)速是相同的,即F1與F2在空間保持相對靜止,無相對運動。---f2為轉(zhuǎn)差頻率

轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn):n=0,s=1,f2=f1理想空載:n≈ns,s≈0,f2≈08轉(zhuǎn)子磁動勢F2與定子磁動勢F1相對靜止,得到合成磁動勢F1+F2負載時空載時電動機從空載到負載,定子繞組的感應(yīng)電動勢E1變化很小,差不多和電源電壓相平衡。所以，可以近似認為于是(二)磁動勢平衡9(三)電磁關(guān)系主磁通Фm與定子、轉(zhuǎn)子繞組相交鏈,進行能量的傳遞,其分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出對稱的定子電動勢E1和轉(zhuǎn)子磁動勢E2s,有效值分別為:E1和E2s在相位上均滯后Фm90°電角度,其相量表達式為:10定、轉(zhuǎn)子的漏磁通在各自繞組中感應(yīng)產(chǎn)生漏電動勢此外,定、轉(zhuǎn)子繞組還存在電阻,電流I1和I2產(chǎn)生電壓降I1R1和I2R2.其電磁關(guān)系如右圖。11二、基本方程式(一)磁動勢平衡方程式F1+F2=Fm式中m1、m2為定子、轉(zhuǎn)子的相數(shù)；Im為對應(yīng)于勵磁磁動勢的勵磁電流。12令可得異步電動機的電流比,則有勵磁電流負載電流13(二)電動勢平衡方程式異步電動機負載時定子、轉(zhuǎn)子繞組的電動勢平衡方程式:RΩ---轉(zhuǎn)子繞組中的外加電阻與變壓器類似,將定子感應(yīng)電動勢E1和漏電動勢E1σ、E2σs作為電壓降來處理,即:E1=-ImZm=-Im(Rm+jZm)E1σ=-jI1X1E2σs=-jI2X2s勵磁阻抗定子漏電抗轉(zhuǎn)子漏電抗14E2σs=4.44f2N2kW2Ф2σ

=4.44f1N2kW2Ф2σs因此E2σs=E2σ

sX2s=X2sE2s=E2s電動勢比E2:轉(zhuǎn)子靜止時電動勢E2σ15異步電動機負載時的基本方程式列出如下miIIkI&&&=+211E2=E1/ke

161.轉(zhuǎn)子電動勢的頻率感應(yīng)電動勢的頻率正比于導(dǎo)體與磁場的相對切割速度,故轉(zhuǎn)子電動勢的頻率為:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時,空載時,2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢:轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時的感應(yīng)電動勢:二者關(guān)系為:轉(zhuǎn)子繞組各電磁量173.轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗電抗與頻率成正比,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗:二者關(guān)系:轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗:4.轉(zhuǎn)子繞組的電流轉(zhuǎn)子繞組為閉合繞組,轉(zhuǎn)子電流為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗:當(dāng)轉(zhuǎn)速降低時,轉(zhuǎn)差率增大,轉(zhuǎn)子電流也增大.185.轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率有關(guān),轉(zhuǎn)差率增大,功率因數(shù)減小。6.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)子繞組流過三相或多相對稱電流時產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢.1)幅值2)轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)子電流相序與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢方向相同,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的方向與轉(zhuǎn)子電流相序一致.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對定子的速度為可見,無論轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速怎樣變化,定、轉(zhuǎn)子磁動勢總是以同速、同向在空間旋轉(zhuǎn)，兩者在空間上總是保持相對靜止。19第二節(jié)三相異步電動機的等效電路及相量圖

求解異步電動機物理量時,一共有5個基本方程式,在給定端電壓U1及參數(shù)Z1、Z2、Zm的條件下,對應(yīng)一定的轉(zhuǎn)差率s,可由5個基本方程式求解E1、E2、I1、I2、Im5個未知數(shù)。在求解這些未知量時,計算十分復(fù)雜,由于轉(zhuǎn)子電路頻率f2和定子頻率f1不同,直接聯(lián)立求解這些頻率不同的電路相量方程式是沒有物理意義的。解決方法:將耦合電路中的一個電路歸算到另一個電路中,導(dǎo)出等效電路。20一、異步電動機的等效電路異步電動機進行歸算時,除了進行繞組歸算外,必須先進行頻率折算。(一)頻率歸算頻率歸算——保持整個電磁系統(tǒng)的電磁性能不變,把一種頻率的參數(shù)和物理量換算成另一種頻率的參數(shù)和物理量。在這里,是用一個具有定子頻率f1而等效于轉(zhuǎn)子的電路代換實際轉(zhuǎn)子電路(f2)。(用靜止的轉(zhuǎn)子來等效轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子)等效需滿足的條件：1)進行代換后,轉(zhuǎn)子電路對定子電路的電磁效應(yīng)不變。2)等效的轉(zhuǎn)子電路的電磁性能(有功功率、無功功率、銅耗等)必須和實際轉(zhuǎn)子電路一樣。21若RΩ

=0,

則E2和X2表示靜止轉(zhuǎn)子電路中的電動勢和漏電抗,則I2''代表靜止轉(zhuǎn)子電路中的電流,I2''的有效值和相位角均與I2相等,即用靜止轉(zhuǎn)子電路代替實際的轉(zhuǎn)子電路,除改變與頻率有關(guān)的參數(shù)和電動勢外,要用R2/s代替R2,可達到保持I2,F2不變。1)

電磁效應(yīng)不變(F2不變)22實際的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折算后，轉(zhuǎn)子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多了一個附加電阻。根據(jù)能量守恒關(guān)系，該電阻消耗的功率等效機械損耗和機械功率之和——總的機械功率。在附加電阻上產(chǎn)生的功耗,實質(zhì)上表征了異步電動機的機械功率.

異步電動機做電動機運行時,0<s<1,轉(zhuǎn)子電阻由R變?yōu)镽/s,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入了一個附加電阻2)

功率不變23頻率歸算后異步電動機的定子、轉(zhuǎn)子電路圖頻率歸算前異步電動機的定子、轉(zhuǎn)子電路圖24頻率折算后電機的基本方程式列出如下miIIkI&&&=+211E2=E1/ke

25(二)繞組歸算◆用一個相數(shù)和有效匝數(shù)與定子繞組相同的轉(zhuǎn)子繞組去等效代替實際的轉(zhuǎn)子繞組?！舻刃У脑瓌t：保證電磁效應(yīng)和功率關(guān)系不變。262728(三)等效電路經(jīng)過歸算后，定子、轉(zhuǎn)子的電動勢方程式磁動勢方程式勵磁支路的電動勢方程式由以上等式可導(dǎo)出U1和I1的關(guān)系29異步電動機的T形等效電路異步電動機的近似等效電路30異步電動機的T形等效電路31異步電動機的T形等效電路變壓器的T形等效電路32幾種異步電動機的典型運行情況1.空載運行2.額度負載下運行轉(zhuǎn)子電路基本上是電阻性的，功率因數(shù)較高。3.電機不轉(zhuǎn)時總機械功率為0,電機處于短路狀態(tài)。4.異步發(fā)電運行轉(zhuǎn)差率為負,附加電阻也為負值。表示從轉(zhuǎn)子軸上輸入(而不是輸出)機械功率。電機相當(dāng)于開路33在等效電路中負載的變化是用轉(zhuǎn)差率s來體現(xiàn)的3435二、異步電動機的相量圖異步電動機的相量圖36第三節(jié)三相異步電動機的功率和轉(zhuǎn)矩

能量轉(zhuǎn)換關(guān)系功率關(guān)系一、功率轉(zhuǎn)換過程37定子轉(zhuǎn)子38二、功率方程式394041P1=pCu1+pFe+pCu2+p0+P2pCu2=s·pem=s/(1-s)·

Pm42三、轉(zhuǎn)矩方程式由功率關(guān)系Pm=P2+p0可得Te=T2+T0T2—輸出的機械轉(zhuǎn)矩T0—空載轉(zhuǎn)矩T2=9.55P2/nT0=9.55p0/n43四、電磁轉(zhuǎn)矩公式由有CT1---轉(zhuǎn)矩常數(shù)單位:I2---A,Фm---Wb,Te---N·m注意:只有電流的有功分量才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩2πns/6044第四節(jié)三相異步電動機的工作特性及其測取方法

45一、工作特性的分析異步電動機的工作特性曲線1、轉(zhuǎn)速特性2、定子電流特性3、功率因數(shù)特性4、電磁轉(zhuǎn)矩特性n=9.55·P2/T25、效率特性當(dāng)可變損耗等于不變損耗時,異步電動機效率達最大46二、工作特性的求取兩種方法:①直接負載法；②等效電路計算47◆三相異步電動機的主要性能指標48第五節(jié)三相異步電動機參數(shù)的測定

異步電機中有兩種參數(shù)：（1）勵磁參數(shù)：勵磁阻抗(Zm,Rm,Xm),非線性（2）堵轉(zhuǎn)參數(shù)：定子漏阻抗(Z1)、轉(zhuǎn)子漏阻抗(Z2'),線性491.空載試驗s≈050取額定值U1NR0=R1+RmX0=X1+Xm伏安法測量51異步電機空載時,輸入功率補償定子銅耗、鐵耗、機械損耗：鐵耗正比于電壓平方，做出鐵耗與機械損耗之和與電壓平方的曲線；延長該曲線與縱軸的相交，該交點所對應(yīng)的只就為機械損耗值；剩余部分就是鐵耗值；可測基本不變◆分離鐵耗PFe和機械損耗Pmech=f(U102)522.堵轉(zhuǎn)(短路)試驗s≈1|Zm|>>|Z2'|53按經(jīng)驗分離X1,X2'取額定電流IN543.試驗步驟55第六節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系異步電機中電磁轉(zhuǎn)矩計算為在近似等效電路中所以得到電磁轉(zhuǎn)矩計算公式為56啟動(堵轉(zhuǎn))轉(zhuǎn)矩57臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)